M701F4燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組TCA系統(tǒng)優(yōu)化方案

陳禮清

摘 要：對(duì)M701F4機(jī)組的TCA典型設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，達(dá)到提高運(yùn)行可靠性以及運(yùn)行設(shè)備節(jié)能的效果。

關(guān)鍵詞：優(yōu)化；節(jié)能；TCA系統(tǒng)

1 水冷式TCA系統(tǒng)的簡易流程

三菱M701F4燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，燃?xì)廨啓C(jī)透平轉(zhuǎn)子冷卻空氣系統(tǒng)（TCA系統(tǒng)）采用水冷式系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過管殼式空氣冷卻器的換熱功能，利用余熱鍋爐高壓給水系統(tǒng)的水來冷卻燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)出口的空氣，吸收了熱量的水直接進(jìn)入高壓汽包。由于熱量在整個(gè)循環(huán)過程中基本上沒有損耗，因此大大提高了整個(gè)聯(lián)合循環(huán)的效率。水冷式TCA系統(tǒng)的簡易流程圖如圖1：

從圖1可看出，TCA出口給水進(jìn)入余熱鍋爐高壓汽包，因此TCA出口的溫度需接近高壓汽包內(nèi)蒸汽飽和溫度。另外，由于TCA水側(cè)出口水溫高，容易在TCA出口管道中發(fā)生汽化，損壞管道和閥門，威脅TCA設(shè)備安全和機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。為了避免汽化，需將TCA水側(cè)出口管道的給水壓力穩(wěn)定在TCA出口水溫度高15℃的溫度所對(duì)應(yīng)的飽和壓力以上。

2 水冷式TCA系統(tǒng)優(yōu)化方案

根據(jù)東方現(xiàn)有執(zhí)行項(xiàng)目的情況，為了保證管道和設(shè)備在機(jī)組的各種運(yùn)行工況下都不發(fā)生汽化，通常需將高壓給水泵的出口壓力穩(wěn)定在16.5MPa左右。目前，國內(nèi)電廠為了有效降低機(jī)組在啟動(dòng)、停機(jī)以及部分負(fù)荷時(shí)的能耗，通常會(huì)考慮將鍋爐給水泵配置為變頻泵或者液力耦合型式的給水泵。但是，采用水冷式TCA系統(tǒng)后，為了避免TCA水側(cè)出口管道以及后端設(shè)備發(fā)生汽蝕，在部分負(fù)荷時(shí)也需要維持較高的給水壓力，因此，采用變頻給水泵的變頻范圍縮小，基本無法采用變頻設(shè)備。為了解決以上問題，結(jié)合各項(xiàng)目的需求和想法，現(xiàn)對(duì)該系統(tǒng)提出了以下一些優(yōu)化方案：

2.1 改變TCA換熱器的設(shè)計(jì)，保證TCA氣側(cè)出口的設(shè)計(jì)溫度不變，僅降低TCA水側(cè)出口的設(shè)計(jì)溫度（暫按降低10℃計(jì)算）。降低TCA出口給水溫度后，防止TCA內(nèi)給水汽化的最小給水壓力也隨之下降，壓力為14.1MPa。但是采用該方案后，余熱鍋爐高壓汽包的接近點(diǎn)溫差也會(huì)隨之增加。為了保證余熱鍋爐的產(chǎn)汽量不發(fā)生變化，需要增加其換熱面積，約為1萬平方米。同時(shí)，為了避免由于換熱面積增加導(dǎo)致煙氣阻力的增加，余熱鍋爐需要在高度方向上增加。這樣設(shè)計(jì)以后，將使得余熱鍋爐的成本大大增加，約為250萬元。另外，采用該方案后，TCA的冷卻面積會(huì)發(fā)生明顯變化，高壓給水流量也會(huì)增加，功耗降低約150KW。東方需與TCA冷卻器的制造商進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)配合，對(duì)各種工況進(jìn)行核算，以便確認(rèn)采用上述方案后TCA冷卻器是否能夠在各種工況下都能安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

2.2 TCA冷卻器的設(shè)計(jì)不變，僅增加冷卻水流量。采用這種方案，機(jī)組運(yùn)行時(shí)，TCA冷卻器的冷卻水流量增加，確實(shí)可以降低TCA冷卻器的出口水溫，使得給水泵的壓力降低。但同時(shí)也會(huì)降低TCA冷卻器出口的空氣溫度。燃機(jī)轉(zhuǎn)子冷卻空氣的溫度對(duì)轉(zhuǎn)子間隙等運(yùn)行參數(shù)起著至關(guān)重要的作用。根據(jù)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，冷卻空氣溫度降低后，會(huì)導(dǎo)致燃機(jī)的功率和效率下降。機(jī)組在部分負(fù)荷情況下，采用該方案后機(jī)組出力和給水泵耗電情況的初步的計(jì)算結(jié)果：75%負(fù)荷時(shí)，給水泵耗電減少300kW，燃機(jī)出力下降700kW；50%負(fù)荷時(shí)，給水泵耗電減少290kW，燃機(jī)出力下降650kW。

2.3 單獨(dú)設(shè)置TCA給水泵。采用分泵方案后，給水泵系統(tǒng)的整體效率會(huì)有所下降。以下是按照TCA冷卻器出口給水壓力16.0MPa.，考慮分泵方案，高壓主給水泵和TCA給水泵的流量和效率為別為：270t/h，80%和50t/h，65%。采用分泵方案后，TCA給水泵的效率較低，其主要原因是由于其流量小、壓力高，無合適的設(shè)備選型，需要增加齒輪箱進(jìn)行增速以滿足參數(shù)要求所致。另外一方面，分泵方案的節(jié)能效果還與主蒸汽壓力的高低有很大關(guān)系，詳細(xì)的數(shù)據(jù)分析見下表1：

從表1可以看出：當(dāng)高壓主蒸汽壓力較高時(shí)，機(jī)組100%負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，分泵方案中高壓給水泵揚(yáng)程降低所節(jié)省的能量小于給水泵效率下降所增加的能耗。高壓主蒸汽壓力較低時(shí)，機(jī)組100%負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，分泵方案中高壓給水泵揚(yáng)程降低所節(jié)省的能量大于給水泵效率下降所增加的能耗。

單獨(dú)配置TCA給水泵后還需要為其配套相應(yīng)的管道、閥門等一系列設(shè)備，不僅會(huì)使投資成本和占地面積增加，同時(shí)會(huì)使得TCA系統(tǒng)的控制等方面變得更加復(fù)雜，大大增加了設(shè)備維護(hù)的成本和工作量。

2.4 低負(fù)荷下用TCA溫度閉環(huán)控制TCA冷卻水量。該方案利用實(shí)際的TCA出口水溫作為輸入信號(hào)去計(jì)算水側(cè)飽和壓力，根據(jù)計(jì)算所得對(duì)給水泵的頻率進(jìn)行相應(yīng)地調(diào)節(jié)。采用該方案后，整個(gè)系統(tǒng)的控制比較復(fù)雜。同時(shí)由于TCS對(duì)冷卻水調(diào)節(jié)閥的控制和DCS對(duì)高壓給水泵變頻的控制，兩個(gè)控制信號(hào)會(huì)對(duì)冷卻水量調(diào)節(jié)產(chǎn)生相互影響，導(dǎo)致TCA氣側(cè)出口溫度無法穩(wěn)定，從而影響整個(gè)機(jī)組的安全可靠運(yùn)行。

3 結(jié)束語

綜合比較上面四種方案，其中方案1、3節(jié)能效果最明顯。以上是對(duì)M701F4機(jī)組TCA系統(tǒng)優(yōu)化的一些想法，還望各方能多多交流。